露天铝土矿采空区处理技术与土地复垦模式研究

引言：铝土矿是国家重要的战略安全矿产资源之一，其提取的金属铝是世界上仅次于钢铁的第二重要金属。然而，铝土矿采用露天开采方式，导致大量耕地被破坏，土壤结构遭到改变。《全国矿产资源规划》将矿山生态修复列为重点任务，要求加强矿区土地复垦与生态重建。铝土矿区土地复垦不仅关系到国土资源保护，也关系到区域生态安全和居民健康。针对铝土矿开采造成的土地占用与破坏问题，亟需系统探索适合我国国情的铝土矿采空区处理技术与土地复垦模式，为实现矿区生态可持续发展提供科学依据。

1 露天铝土矿采空区特征及环境问题

1.1 露天铝土矿采空区基本特征

露天铝土矿采空区形成于矿体开采后遗留的采坑、排土场及周边受影响区域，具有明显的地形改变和土地利用方式转变特征。铝土矿作为战略性矿产资源，在我国多呈“鸡窝”状分布于低山丘陵之间，矿体点多面广且埋藏浅、矿层薄，导致开采后形成大量不规则采坑。这些采空区地貌呈现高差悬殊，边坡稳定性差，土壤层次结构遭到破坏，基质物理性质改变，自然生态系统功能退化[1]。

1.2 露天铝土矿采空区环境问题

露天铝土矿开采对环境的影响主要表现在土壤质量劣化、重金属污染和生态系统破坏三个方面。土壤肥力方面，复垦区有机质、全氮含量普遍偏低，全钾严重缺乏，制约着植被恢复与农作物生长。重金属污染尤为严重，Cd、As 含量分别超过农用地筛选值6.67-16.03 倍和2.42-4.10 倍，对人体健康构成潜在威胁。铝元素含量普遍高于背景值1.35 倍以上，已超过部分植物铝毒临界值。此外，开采过程导致地表水文条件改变，水土流失加剧，局部地区出现地面塌陷、边坡不稳、滑坡和泥石流等地质灾害，进一步加剧生态环境恶化[2]。

2 露天铝土矿采空区处理技术与复垦模

2.1 露天采场土地复垦技术

露天铝土矿采场复垦技术体系应立足于采坑地质条件与生态环境特点，整合工程措施与生物措施形成全链条技术路径。采坑边坡稳定处理技术需引入地质力学原理，将陡坡按20- 30^∘ 的安全角度进行分级削坡，岩质边坡采用钢筋网喷混凝土加固，土质边坡则选用格宾石笼或格栅挡墙进行支护，确保长期稳定性。边坡生态化处理技术中，土工格室与植被网垫组合应用于陡坡绿化，格室内填充改良土壤并植入耐瘠薄植物，如狗牙根、百喜草等浅根系草本，上部栽植藤本植物形成垂直绿化体系。采坑回填区域复垦技术应采用分层填筑与生态重建相结合的方式，底层铺设透水性防渗材料并设计排水廊道，回填材料按粒径由大到小分层布置，避免雨季积水引发地质灾害。表土重构环节应实行土壤分层设计，基层采用粗颗粒材料保障排水性，中层使用粘土类材料提高保水能力，表层则添加有机质、微生物菌剂与缓释肥料形成复合生长基质，土壤厚度应达50cm 以上满足深根性植物生长需求[3]。植被重建系统应构建乔灌草立体结构，选择耐酸碱、抗重金属植物品种，如紫穗槐、爬山虎等先锋物种与本地优势树种相结合，促进自然植被演替过程，最终形成自我调节的植被群落。

2.2 固体废弃物处理与资源化利用

铝土矿开采产生的固体废弃物处理与资源化利用技术应构建“减量化、资源化、无害化”三位一体的循环利用体系。废石堆生态恢复技术中，表面治理宜采用三维网格支撑结构，将粗颗粒废石置于下层，细颗粒物质逐层向上，表面覆盖改良土壤不少于 0.5m，改良土壤中添加生物炭、腐殖酸等有机物质提高团粒结构，降低重金属活性。边坡稳定技术应设计阶梯式平台系统，每隔垂直高度 8-10m 设置一个宽度3-5m 的平台，平台边缘修筑排水沟，内侧构建植物缓冲带，抑制水土流失。废石资源化利用技术可从物理分选、化学提取和建材利用三个方向发力，低品位废石经浮选工艺回收有价金属，废石中的稀土元素通过酸浸工艺提取，大宗废石则破碎后制备建筑骨料或水泥混合材。铝土矿尾矿中丰富的 Al₂0₃ 、 Si0₂^⋅ 可开发高附加值材料，采用高温烧结工艺制备陶瓷材料，或采用水热合成法制备沸石类吸附材料，提高资源综合利用率。煤矸石处理技术应探索热能利用与材料转化双向路径，建设矿区循环经济产业链，矸石发电系统采用流化床锅炉技术降低燃烧污染物排放，煤矸石中的铝硅材料经高温活化后可用于制备地聚物材料，部分煤矸石经微生物发酵处理后转化为土壤调理剂，形成煤矸石资源多级梯次利用模式，实现固废变资源的循环经济目标。

2.3 地面塌陷区土地复垦模式

地面塌陷区土地复垦模式设计应基于塌陷形态分类与区域功能定位，形成差异化复垦技术体系。塌陷土地复垦技术路径应首先构建地质稳定性监测预警系统，安装地表位移监测仪与地下应力监测装置，确定塌陷稳定程度后实施针对性复垦。深度大于5m 的塌陷坑复垦应采用“固废充填-表土重构-植被恢复”三步法，固废充填层选用废石与煤矸石按4：1 比例混合，添加5%-10%的石灰或粉煤灰提高稳定性，分层填筑厚度控制在30cm，每层压实度达85%，最终覆土厚度应随植被类型调整，林地不少于80cm，农田不少于100cm。浅层塌陷区宜采用微地形重塑技术，利用数字地形模型优化排水系统设计，构建高低错落的地表形态，增加生态系统多样性。塌陷积水区复垦模式创新点在于湿地生态系统重建，积水深度大于2m 区域可规划为生态湿地，建设挺水植物带、浮叶植物带和沉水植物带三级净化系统，引入鲢鱼、鳙鱼等滤食性鱼类形成生物链，构建自我净化的水生态系统。季节性积水区宜设计立体排水工程，地表明沟与地下暗管相结合，排水沟道按照50 年一遇暴雨标准设计，沟壁采用生态护坡技术防止冲刷。塌陷区综合治理模式应突破单一复垦思维，构建“农业-林业-湿地-景观”复合功能区，推动塌陷区向生态公园、观光农业或特色产业基地转型，实现生态修复与产业发展的双重目标。

3 结语

露天铝土矿采空区处理与土地复垦是一项系统工程，需要综合考虑生态、经济和社会效益。当前，我国铝土矿采空区复垦工作仍面临技术标准不统一 、复垦效果不理想、重金属污染严重等问题。未来应加强铝土矿区土壤重金属污染防控技术研究，完善适合不同区域特点的复垦模式，建立科学的复垦评价体系。同时，应强化矿区生态修复与产业转型协同发展，推动废弃矿区资源化利用，实现生态、经济和社会效益的统一。

参考文献：

[1]李小双，李耀基，宗世荣，等.露天磷矿山采空区绿色复垦技术研究[J].金属矿山，2014，43（08）：153-156.

[2] 魏远， 顾红波， 薛亮， 等. 矿山废弃地土地复垦与生态恢复研究进展[J]. 中国水土保持科学，2012，10（02）：107-114.

[3] 夏嘉奕. 矿山地质环境保护与土地复垦若干技术问题分析[J/OL].中国科技期刊数据库 工业A，2024（9）：63-66.